Günümüz de pek çok alanda kullanılan kablosuz aletler, mobilite kavramının gelişmesi ile kullanılan elektrikli ulaşım araçlarının artması, karbon salınımı ve ses kirliliğinden dolayı elektrikli otomobilleri daha çok yollarda görmemiz ve daha pek çok alanda kullanılan elektrikli cihazların temeli batarya paketleridir. Peki, bu batarya paketleme nedir?
Batarya paketi, birden fazla hücrenin bir araya getirilerek izole bir paketin içinde oluşturduğu pil grubudur. Bu pil grupları seri ve paralel olarak bağlanır. Burada seri bağlantılar gerilimi, paralel bağlantılar ise çekilebilecek akımı ve kapasiteyi belirler. Bu seri ve paralel bağlı pil gruplarının eşgüdümlü çalışabilmesi için Batarya Yönetim Sistemi(BMS) kartları kullanılır. BMS kartları bataryanın şarj durumu, sıcaklığı, gerilimi, akımı gibi bilgiler doğrultusunda bataryayı yönetir ve koruma sağlar.
Batarya Paketi Nasıl Olmalıdır?
Batarya paketi bataryaların daha sağlıklı koşullarda kullanılması içi çok büyük önem arz etmektedir. Bu nedenle batarya kabı hücreleri tamamen çevreleyen ve hücre kutuplarının kısa devre yapmasını önleyecek biçimde yalıtkan iç yapıdan oluşur. Bununla beraber hücreleri mekanik darbelere, yangına ve sıvıdan korurlar.
Kullanılacak ürünün istediği enerji kriterlerine göre ve çalışacağı koşullar göz önünde bulundurularak farklı şekilde batarya paketleri tasarlanır. Ancak, bu tasarımlarda farklı kimyasallara veya şekillere (Silindirik, prizmatik ve yassı) sahip pil hücreleri seçenekleri mevcuttur. Bu farklı seçeneklerin aşağıda ki tabloda çeşitler ve özellikleri verilmiştir.
| Pil Çeşitleri | Enerji Yoğunlğu (Wh/kg ) | Çevrim Ömrü | Hafıza Etkisi | Çalışma Sıcaklığı (C) |
| Pb-acid | 35 | 1000 | Yok | -15, +50 |
| NiCd | 50-80 | 2000 | Var | -20, +50 |
| NiMH | 70-95 | <3000 | Nadir | -20, +60 |
| Li-ion | 118-250 | 2000 | Yok | -20, +60 |
| LiPo | 130-225 | >1200 | Yok | -20, +60 |
| LiFePO4 | 120 | >2000 | Yok | -45, +70 |
| Li-S | 350-650 | 300 | Yok | -60, +60 |
Elektrikli Araç Batarya Paketi
Elektrikli araçların bataryalarında, birim hacim ve ağırlıkta en yüksek enerjiyi depolayıp ve en yüksek gücü elde etmek firmaların hedefleri arasındadır. Bunun yanı sıra hedeflerde bataryanın ne kadar sürede şarj ve deşarj olacağıdır.
Bu sebepten ötürü elektrikli araçlarda batarya paketinin ısıl yönetimi çok büyük önem arz etmektedir. Çünkü elektrikli araçlarda kayıpların azaltılması ve hızlı şarj için yüksek voltajlı altyapı kullanılır. Bu sebepten dolayı yüksek ısı üretimi olmaktadır. Bu da verim düşüreceği ve tehlikeli olduğundan dolayı batarya paketinin aktif bir şekilde soğutulması çok mühimdir. Hatta hızlı şarj durumunda bir zorunluluk oluşturur.
Bu yapıların ısıl yönetimi için batarya üreticileri hava ve sıvı soğutmalı sistemleri tercih etmektedir. Aslında bunun sebebi araç firmalarının içten yanmalı araç teknolojisinden kalan hava ve sıvı soğutmaya dair bilgi birikimidir. Bu konu üzerinde akademik yayınlarda ısı boruları, faz değiştiren malzemeler ve termoelektrik çözümler sunulur ancak, genellikle bu çözümler çok yer kaplayan, ağır veya yüksek enerji tüketimi bulunan çözümlerdir.
| Marka ve Model | Batarya Kapasitesi (kWh) | Batarya Konfigürasyonu | Isıl Yönetim Sistemi | Toplam Nominal Voltaj (V) |
| Audi e-Tron | 71/95 | 108s3p/ 108s4p | Sıvı Soğutma | 396 |
| Mercedes EQC | 80 | 96s4p | Sıvı Soğutma | 405 |
| Tesla Model S | 60/100 | 96s74p | Sıvı Soğutma | 375 |
| Jaguar I-Pace | 90 | 108s4p | Sıvı Soğutma | 389 |
| Hyundai Kona | 64 | 98s3p | Sıvı Soğutma | 356 |
| Renault ZOE ZE50 | 52 | 96s2p | Hava Soğutma | 400 |
Soğutulması gerektiği gibi bazı durumlarda da bataryaların ısıtılması da gerekmektedir. Çünkü bataryaların belli sıcaklıkların altında çalıştırılması, yüksek iç gerilime sebep olmaktadır. Ayrıca, buzlanmaya sebep olacak sıcaklıklarda hücrelerin çalıştırılmaması gerekmektedir. Bundan ötürü soğuk yerleşim yerleri için bataryaları ısıtmak içinde bir sistem gerekmektedir.
Batarya Paketlerini Neler Oluşturur?
Genel olarak küçük veya büyük batarya paketlerinde pil grubu, bağlantıyı sağlayacak uygun elemanlar, kullanılması gereken yalıtkan malzemeler ve BMS kartından oluşur. Bunun yanı sıra koruma devresi, sigortalar, sensörler, soğutma sistemi için gereken elemanlar gibi kullanım alanına bağlı olarak özel elemanlarda tercih edilir.
Kaynakça
- Akgundoğdu, Abdurrahim, Hasan Tiryaki, Orcun Karadeniz, Gökhan Erdoğan, Ufuk Şahin,Mert Yahya Yılmaz, Sedat İn ve İlhan Kocaarslan, Elektrikli Araçlar için Batarya Paketi ve Batarya Yönetim Sisteminin Gerçeklenmesi
- Çetkin, Erdal, Elektrikli Bataryaların Yükselişi ve Bataryaların Isıl Yönetim Sistemi
- Greenwood, David, Automotive Batteries 101
- electrichybridvehicletechnology.com/news/testing/battery-test-simulation-solves-thermal-challenges-of-electric-vehicle-fast-charging.html
